thiết kế hồ chứa nước dân tân p2

LỜI CẢM ƠNSau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướngdẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt là thầygiáo PGS.TS.

LỜI CẢM ƠN

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự phấn đấu của bản thân và được sự hướngdẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, đặc biệt là thầy

giáo PGS.TS.Lê Xuân Khâm, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài:

“ Thiết kế hồ chứa nước Dân Tân - P2”.

Thuyết minh thiết kế bao gồm 4 phần chính như sau:1 Tài liệu cơ bản

2 Tính toán các thông số hồ chứa3 Thiết kế kỹ thuật các công trình đầu mối4 Chuyên đề kỹ thuật

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua là khoảng thời gian bổ ích để em có điều kiệnhệ thống lại kiến thức đã được học, vận dụng lý thuyết vào thực tế, làm quen với côngviệc thiết kế của một kỹ sư công trình thủy lợi.

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, KhoaCông trình, Bộ môn Thủy công đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốtnghiệp Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo đã giảng dạy, chỉbảo em trong suốt những năm học vừa qua.

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lê Xuân Khâm đã dành thờigian, tâm sức hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án này.Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi, vận dụng tổng hợpcác kiến thức đã học Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do điều kiện thờigian không cho phép nên trong đồ án em chưa giải quyết được đầy đủ và sâu sắc cáctrường hợp trong thiết kế cần tính, mặt khác do trình độ và kinh nghiệm thực tế củabản thân còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót

Em xin kính mong nhận được ý kiến đóng góp, sự chỉ bảo của các thầy cô giáo giúpcho đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Tháng 12 năm 2020Sinh viên Nguyễn Thị Như Quỳnh

MỤC LỤC

PHẦN THỨ NHẤT TÀI LIỆU CƠ BẢN

CHƯƠNG 1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 3

1.2.5 Đại hình khu tưới và tuyến kênh chính 5

1.3 Tình hình khí tượng thuỷ văn 5

1.3.1 Mạng lưới trạm thuỷ văn và tài liệu tính toán 5

1.3.2 Các đặc trưng khí tượng thuỷ văn 6

1.5.5 Nước dùng cho sinh hoạt và xây dựng 12

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN DÂN SINH KINH TẾ 13

2.1 Tình hình dân sinh kinh tế 13

2.1.1 Dân số và lao động 13

2.2 Hiện trạng kinh tế 13

2.2.1 Nhiệp và đời sống nông thôn vùng dự án 13

2.2.7 Giao thông vận tải 14

2.2.8 Hiện trạng thuỷ lợi 14

PHẦN THỨ HAI TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA HỒ CHỨA CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC VÀ GIẢI PHÁP CÔNGTRÌNH 17

3.1 Phương án sử dụng nguồn nước 17

3.2 Tình hình quy hoạch nguồn nước trong vùng 17

3.2.1 Lượng nước yêu cầu 17

3.2.2 Nhu cầu dùng nước tưới cho 722ha 17

3.2.3 Diện tích tưới vùng dự án các loại cây trồng 18

3.3 Phương hướng phát triển 18

3.4 Nhiệm vụ công trình thuỷ lợi hồ chứa Dân Tân 18

3.5 Sự cần thiết phải xây dựng công trình 18

CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN 20

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ VÀ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 27

5.1 Tính toán điều tiết hồ 27

5.1.1 Xác định các thông số hồ chứa 27

5.2 Tính toán điều tiết lũ 38

5.2.1 Mục đích và nhiệm vụ 38

5.2.2 Nội dung tính toán 38

PHẦN THỨ BA THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 49

6.1 Xác định kích thước cơ bản của đập 49

6.1.1 Tài liệu tính toán 49

6.1.2 Xác định cao trình đỉnh đập 49

6.1.3 Bề rộng đỉnh đập 58

6.1.4 Mái đập 58

6.1.5 Cơ đập 58

6.1.6 LBảo vệ mái thượng lưu, hạ lưu 59

6.1.7 Thiết bị thoát nước 60

6.3.4 Đánh giá tính hợp lý của mái đập 80

6.3.5 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượt 80

6.3.6 Đánh giá tính hợp lý của mái đập 88

7.2.2 Cấu tạo chi tiết các bộ phận tràn 115

7.2.3 Kiểm tra ổn định tường bên tràn 118

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 128

8.1 Nhiệm vụ và các thông số tính toán 128

8.2 Tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống 130

8.2.1 Thiết kế kênh hạ lưu cống 130

8.2.2 Tính toán khẩu diện cống 132

8.2.3 Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống 140

8.3 Kiểm tra trạng thái chảy, tính toán tiêu năng cống 141

8.3.1 Mục đích tính toán 141

8.3.2 Trường hợp tính toán 141

8.3.3 Xác định độ mở cống 142

8.3.4 Kiểm tra chế độ chảy trong cống 143

8.3.5 Xác định vị trí và chiều cao nước nhảy 148

8.3.6 Tiêu năng sau cống 151

8.4 Cấu tạo chi tiết cống 152

8.4.1 Cấu tạo cửa vào, cửa ra 152

8.5.3 Tài liệu tính toán 156

8.5.4 Xác định vị trí đường bão hòa trên trần cống 156

8.5.5 Sơ đồ ngoại lực tác dụng 158

8.5.6 Tính toán ngoại lực tác dụng 159

PHẦN THỨ TƯ CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN KẾT CẤU TƯỜNG BÊN NGƯỠNG TRÀN 164

9.1 Tài liệu cơ bản 164

9.1.1 Thông số kết cấu tường chắn 164

9.2 Tính toán kết cấu tường chắn 167

9.2.1 Trình tự thực hiên mô hình PTHH trong Sap 2000V14 167

9.2.2 Kết quả mô hình bài toán trong Sap 2000 168

9.2.3 Kết quả tính nội lực 170

9.2.4 Tính toán và bố trí cốt thép 176

9.2.5 Kiểm tra nứt 181

CHƯƠNG 10 KHỐI LƯỢNG VÀ DỰ TOÁN HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 184

10.1 Tính toán khối lượng hạng mục dốc nước tràn xả lũ 184

10.1.1 Phạm vi tính toán: Đoạn dốc nước 184

10.1.2 Tính toán khối lượng đào, đắp tràn 184

10.1.3 Tính toán công tác xây lát 188

10.2.4 Sơ bộ phương án thi công 191

6.2.2 Dự toán xây lắp hạng mục dốc nước tràn xả lũ 192

TÀI LIỆU THAM KHẢO 200

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1-1 Bản đồ hành chính vùng xây dựng công trình 15

Hình 5-1 Sơ đồ xác định mực nước chết theo cao trình bùn cát 40

Hình 5-2 Quá trình xả lũ khi không có cửa van 52

Hình 6-1 Các mặt cắt tính toán 76

Hình 6-2 Sơ đồ tính toán với MNDBT cho mặt cắt lòng sông 77

Hình 6-3 Sơ đồ tính toán cho mặt cắt sườn đồi I-I 80

Hình 6-4 Sơ đồ tính toán cho mặt cắt sườn đồi III-III 83

Hình 6-5 Sơ đồ tính tổng lưu lượng thấm 85

Hình 6-6 Minh họa phân tích ổn định theo phương pháp cân bằng giới hạn 89

Hình 6-7 Mô hình bài toán PTHH phân tích thấm mặt cắt lòng sông 92

Hình 6-8 Gradient thấm qua mặt cắt lòng sông ứng với MNLTK 92

Hình 6-9 Kết quả phân tích ổn định mái hạ lưu tại mặt cắt lòng sông 92

Hình 6-10 Xác định M và M1 94

Hình 6-11 Xác định hình thang cong abcd 95

Hình 6-12 Sơ đồ xác định phạm vi chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất 95

Hình 6-13 Sơ đồ tính toán cung trượt tâm O ứng với Kminmin tính bằng Geostudio 98

Hình 7-1 Sơ đồ tính toán thủy lực ngưỡng tràn 103

Hình 7-2 Sơ đồ tính toán thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp 105

Hình 7-3 Sơ đồ thể hiện dạng đường mặt nước 113

Hình 7-4 Sơ đồ tính toán bể tiêu năng 126

Hình 7-5 Chi tiết ngưỡng tràn 129

Hình 7-6 Chi tiết cầu giao thông 130

Hình 7-7 Cấu tạo kênh hạ lưu 131

Hình 7-8 Sơ đồ tính toán ổn định cho trường hợp 1 134

Hình 7-9 Sơ đồ tính toán ổn định cho trường hợp 2 137

Hình 8-1 Sơ đồ tính toán thủy lực xác định khẩu diện cống 146

Hình 8-2 Biểu đồ quan hệ Bc ~ ∑Zi 153

Hình 8-3 Sơ đồ tính toán thủy lực cống 155

Hình 8-4 Sơ đồ xác định vị trí nước nhảy trong cống 161

Hình 8-5 Biểu đồ xác định nước nhảy trong cống 164

Hình 8-6 Mặt cắt ngang cống 167

Hình 8-7 Chi tiết khớp nối 167

Hình 8-8 Mặt cắt ngang thân cống 169

Hình 8-9 Sơ đồ tính toán thấm cho mặt cắt qua cống 170

Hình 8-10 Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên cống 172

Hình 8-11 Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống 175

Hình 9-1 Mô phỏng tường bên ngưỡng tràn 177

Hình 9-2 Cắt dọc tường bên ngưỡng tràn 178

Hình 9-11 Biểu đổ momen M22 cắt giữa 2 tường sườn 184

Hình 9-12 Momen M11 bản đáy tường 185

Hình 9-13 Biểu đổ momen M11 bản đáy tường 185

Hình 9-14 Momen M22bản đáy tường 186

Hình 9-15 Biểu đổ momen M22 bản đáy tường 186

Hình 9-16 Biểu đồ lực dọc F11 sườn chống 187

Hình 9-17 Biểu đồ lực dọc F22 sườn chống 187

Hình 9-18 Biểu đổ momen M11 sườn chống 188

Hình 9-19 Biểu đổ momen M22 sườn chống 188

Hình 10-1 Phạm vi tính toán 197

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1-1: Đặc trưng thuỷ văn lưu vực 16

Bảng 1-2: Dòng chảy năm 17

Bảng 1-3: Dòng chảy năm tần suất 85% 17

Bảng 1-4: Phân phối dòng chảy năm 85% 17

Bảng 1-5: Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế 17

Bảng 1-6: Quá trình lũ ứng với tần suất thiết kế (P = 1%) 17

Bảng 1-7: Quá trình lũ ứng với tần suất kiểm tra (P = 0,2%) 18

Bảng 1-8: Phân phối lượng bốc hơi mặt nước theo các tháng 18

Bảng 1-9: Thống kê nhiệt độ trung bình trong tháng của năm tại trạm Tĩnh Gia 19

Bảng 1-10: Độ ẩm tương đối trung bình tháng năm trạm Tĩnh Gia 19

Bảng 1-11: Lượng mưa trung bình trạm Tĩnh Gia 20

Bảng 1-12: Đường đặc tính lòng hồ 20

Bảng 2-1: Dân sinh lao động của 4 vùng dự án 23

Bảng 3-1: Nhu cầu dùng nước của vùng 27

Bảng 5-1: Tính V khi chưa kể đến tổn thấth 43

Bảng 5-2: Tính V có kể đến tổn thất lần 1h 46

Bảng 5-3: Tính V có kể đến tổn thất lần 2h 47

Bảng 5-4: Bảng tính tính toán điều tiết lũ thiết kế ( P = 1%) 54

Bảng 5-5 Bảng tính toán điều tiết lũ kiểm tra ( P = 0,2%) 55

Bảng 6-1 Lưu lượng thấm đơn vị qua các mặt cắt 82

Bảng 6-2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất 88

Bảng 6-3: Tổng hợp kết quả tính thấm 90

Bảng 6-4: Tổng hợp kết quả tính ổn định 90

Bảng 6-5: Kết quả tính toán ổn định hệ số K cho cung trượt tâm O 97

Bảng 7-1: bảng giá trị các cấp lưu lượng 99

Bảng 7-2: bảng tính độ sâu phân giới hk 100

Bảng 7-3: Bảng tổng hợp thông số thiết kế dốc nước 101

Bảng 7-4: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với QTK 105

Bảng 7-5: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,8QTK 105

Bảng 7-6: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,6QTK 106

Bảng 7-7: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,4QTK 106

Bảng 7-8: Tính toán thủy lực dốc nước ( bề rộng thay đổi ) ứng với 0,2QTK 107

Bảng 7-9: Bảng tổng hợp kết quả tính thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp 107

Bảng 7-10: Kết quả tính toán độ sâu dòng đều trên đoạn dốc nước không đổi 108

Bảng 7-11: Kết quả tính toán độ sâu phân giới hk, độ dốc phân giới ik 109

Bảng 7-12: Bảng tổng hợp xác định dạng đường mặt nước 109

Bảng 7-13: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với QTKmax 111

Bảng 7-14: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với 0,8QTK 112

Bảng 7-15: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với 0,6QTK 113

Bảng 7-16: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với 0,4QTK 114

Bảng 7-17: Tính toán thủy lực dốc nước (bề rộng không đổi) ứng với 0,2QTK 115

Bảng 7-18: Bảng tổng hợp kết quả tính toán dốc nước đoạn không đổi 116

Bảng 7-19: tính chiều cao tường bên dốc nước 117

Bảng 7-20: Kết quả tính toán chiều cao tường bên tràn xả lũ 118

Bảng 7-21: Chiều dày bản đáy dốc nước 118

Bảng 7-22: Kết quả tính toán mặt cắt cơ bản của kênh xả sau tràn 120

Bảng 7-23: Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng 122

Bảng 7-24: Tính toán chiều sâu bể 124

Bảng 7-25: Thông số tường bên của ngưỡng tràn 129

Bảng 7-26: Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp 129

Bảng 7-27: Lực tác dụng lên tường của trường hợp 1 132

Bảng 7-28: Lực tác dụng lên tường của trường hợp 2 136

Bảng 8-1: Kết quả tính toán tổn thất dọc đường 145

Bảng 8-2: Kết quả tính toán tổn thất khe van 146

Bảng 8-3: Kết quả tính toán tổn thất qua lưới chắn rác 147

Bảng 8-4: Kết quả tính toán tổn thất qua khe phai 148

Bảng 8-5: Kết quả tính toán tổn thất cửa vào 149

Bảng 8-6: Kết quả tính toán tổn thất ứng với các giá trị bc 149

Bảng 8-7: Kết quả tính toán định lượng đường nước dâng C trong cốngI 157

Bảng 8-8: Kết quả tính độ sâu liên hiệp CI’ , CI” 159

Bảng 8-9: Kết quả tính toán định lượng đường nước hạ BI trong cống 160

Bảng 8-10: Kết quả tính toán ngoại lực tác dụng lên cống 171

Bảng 9-1: Kết quả tổng hợp nội lực 186

Bảng 9-2: Kết quả tính toán và chọn thép bản đáy 188

Bảng 9-3: Kết quả tính toán và chọn thép bản mặt 189

Bảng 9-4: Kết quả tính toán và chọn thép bản chống 191

Bảng 10-1: Khối lượng đào, đắp dốc nước tràn 198

Bảng 10-2: Khối lượng xây lát dốc nước tràn 199

Bảng 10-3: Tổng hợp khối lượng xây lát dốc nước tràn 199

Bảng 10-4: Bảng tổng hợp khối lượng công tác xây dựng 202

Bảng 10-5: Bảng tổng hợp vật liệu 203

Bảng 10-6: Bảng tổng hợp nhân công 204

Bảng 10-7: Bảng tổng hợp máy thi công 204

Bảng 10-8: Tính chi phí xây dựng theo đơn giá gốc ( đơn vị: đồng) 205Bảng 10-9: tổng hợp dự toán chi phí xây dựng dốc nước tràn xả lũ ( đơn vị: đồng) 207

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Kết luận: Vậy đập đảm bảo độ bền thấm.

Bảng 6-23: Tổng hợp kết quả tính ổn định

6.3.4 Đánh giá tính hợp lý của mái đập

Mái đập đảm bảo tính hợp lý nếu thỏa mãn hai điều kiện sau:+ Điều kiện ổn định trượt: Kminmin³ [K]

+ Điều kiện kinh tế: Kmimmin 1,15.[K] Trong đó:

[K] = 1,3 - Tra bảng 7, TCVN 8216:2018 với công trình cấp II và tổ hợp tảitrọng cơ bản.

Ta có:

+ K = 1,455 [K] = 1,3.min ³

Công trình đảm bảo điều kiện an toàn về trượt.+ K = 1,455 1,15.[K] = 1,15.1,3 =1,495.min Công trình đảm bảo điều kiện về kinh tế.

Vậy công trình thỏa mãn hai điều kiện về an toàn và kinh tế nên kích thước đậplà hợp lý.

6.3.5 Tính toán ổn định mái bằng phương pháp cung trượta Tìm vùng cung trượt nguy hiểm

Để tìm vùng có cung trượt nguy hiểm, có nhiều phương pháp của nhiều tác giảkhác nhau, trong đồ án này ta sử dụng kết hợp hai phương pháp :

Phương pháp Filennít:

Tâm trượt nguy hiểm nhất nằm trong vùng lân cận đường MM như hình vẽ.1Các trị số α, β phụ thuộc dộ dốc mái:

3,0(30,5 17) 3 3,5(17 10) 2 1,5(10 4) 330,5 4

Tra bảng 6-5 sách Thủy Công tập I, trang 146: 35

25

- Xác định điểm M và M :1

+ Kẻ một đường thẳng hợp với phương ngang một góc α tại điểm F + Kẻ một đường thẳng hợp với phương AB một góc β tại điểm Q Hai đường thẳng này cắt nhau tại M1

+ Điểm M cách diểm B theo phương thẳng đứng một khoảng H = 26,5(m)đ+ Điểm M cách diểm B theo phương ngang một khoảng:

→ Vùng tâm cung trượt nguy hiểm nằm trong vùng abcd.

Tâm cung trượt nguy hiểm nằm ở lân cận hình thang cong abcd như hình.Các trị số bán kính r và R phụ thuộc vào các hệ số mái và chiều cao đập H đTra bảng 6-6 tr147 GT Thủy công ứng với m = 3:

2,3 2,3.26,5 60,95( )1,0 1,0.26,5 26,5( )

Hình 6-14 Xác định hình thang cong abcd

Kết hợp cả hai phương pháp, ta tìm được phạm vi có khả năng chứa tâm cungtrượt nguy hiểm nhất là đoạn AB

Hình 6-15 Sơ đồ xác định phạm vi chứa tâm cung trượt nguy hiểm nhất

b xác định hệ số an toàn K cho 1 cung trượt bất kỳ

- Trên đoạn AB giả định các tâm cung trượt O , O , O Từ tâm cung trượt các123, ,cung trượt đi qua điểm Q ở chân đập Tiến hành tính hệ số an toàn ổn định K , K , ,1 12K3 cho các cung trượt tương ứng Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K theo tâm O , xác địnhiiđược trị số Kmin tương ứng với tâm O trên đoạn AB Từ vị trí tâm O ứng với K đó kẻmin

đường thẳng vuông góc với với AB Trên đó lấy các tâm O khác, vạch các cung trượtđi qua Q ở chân đập Tính hệ số an toàn ứng với các cung này Vẽ biểu đồ K theo tâm1O Ta xác định được hệ số K ứng với điểm Q min1

- Làm tương tự với các điểm Q2, Q3… Xác định được các trị số Kmin tương ứng.Vẽ biểu đồ quan hệ giữa K với các điểm ra của cung Q , ta tìm được hệ số an toàn nhỏinhất Kminmin cho mái đập.

- Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, vì thời gian có hạn nên chỉ tìm K ứng với mộtmin điểm ra Q ở chân đập.1

Các bước xác định hệ số an toàn K:

Theo phương pháp của Ghécxêvannốp với giả thiết xem khối trượt là vật thểrắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặttrượt và hướng và tâm.

Bước 1: Giả thiết mặt trượt là mặt trượt trụ tròn tâm O, bán kính R Bước 2: Tiến hành phân dải, với bề rộng mỗi dải là Trong đó:

Trong đó: R: bán kính cung trượt; m: là số nguyên, chọn m=10 Bước 3: Đánh số thứ tự dải.

Bước 4: Xác định các lực tác dụng lên dải

Bước 5: Xác định hệ số an toàn K dùng công thức N.M.Ghecxevanop với giả thiếtxem khối trượt là vật thể rắn, áp lực thấm được chuyển ra ngoài thành áp lực thủy tĩnhtác dụng lên trên mặt trượt và hướng vào tâm.

n; C – Góc ma sát trong và lực dính đơn vị của dải thứ n;n